“高分子材料进展”课程的教学实践与探索

常晓华 朱雨田

[摘 要] “高分子材料进展”是高分子材料与工程专业的学科基础选修课程之一，是培养高分子科技人才整体知识结构的重要组成部分。结合杭州师范大学开设“高分子材料进展”课程的实际情况，从课程教学内容、教学方法和教学考核方式三个方面加以阐述，提出在师范类高校开展此类课程的教学实践，从而培养学生的学习热情、科研兴趣及国际视野，提高学生分析问题和解决问题的综合能力，使学生初步具有较高科学素养、良好科学创新思维和独立获取知识的能力，为高分子专业学生的职业规划提供指导，培养“学术型”“复合型”“应用型”高分子专业人才。

[关键词] 高分子材料进展;多媒体;教学实践

[作者简介] 常晓华（1991—），女，安徽黄山人，博士，杭州师范大学材料与化学化工学院讲师，主要从事高分子纳米复合材料结构调控与传感性能研究;朱雨田（1979—），男，江西赣州人，博士，杭州师范大学材料与化学化工学院教授（通信作者），主要从事高分子复合材料结构调控与性能研究。

[中图分类号] G643   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）11-0097-04    [收稿日期] 2020-12-10

杭州师范大学高分子材料与工程专业始建于2006年，于2007年9月招收了第一批本科学生。为实现专业的跨越式发展，一方面，注重专业基础知识的培养，开设了“高分子物理”“高分子化学”“材料科学与基础”“聚合物现代仪器分析”等专业必修课程;另一方面，为了培养学生掌握科学研究动态的能力，开设了“高分子材料进展”“绿色高分子材料”等切合高分子领域最新研究进展的专业选修课程[1]。“高分子材料进展”是研究高分子材料合成、材料构效关系的前沿发展的科学，是高分子科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的领域[2-4]。它是建立在高分子化学、高分子物理等相关学科的基础上，并与物理学、医学甚至生物学等学科密切联系。该课程授课时间为大三第二学期，总学时为48个学时，学分为3个学分。本课程通过介绍高分子发展概况、高分子材料合成设计进展及具有特殊功能的高分子材料，旨在让高分子专业学生了解当前的高分子材料领域的最新研究成果和发展趋势，达到开阔学生视野、提高学生从事高分子材料研究兴趣的目的，从而为高分子专业学生的职业规划提供更好的帮助和指导。通过本课程学习，学生系统掌握高分子材料的基础理论和实际应用的知识和方法，了解高分子材料学科的前沿理论及高分子材料行业新工艺、新技术、新产品和新设备的发展动态，具备一定的国际化视野、结合浙江省及杭州市产业发展需要参与国际竞争和合作的能力。本课程旨在提高学生分析问题和解决问题的综合能力，使其初步具备良好工程素养、科学创新思维和独立获取知识的能力、实际操作和实践动手能力，满足“学术型”“复合型”“应用型”人才培养的教学需要。

一、教学内容的设计

虽然杭州师范大学高分子专业发展历史较短，但其培养目标明确、专业特色鲜明。专业定位于培养能适应现代社会、经济、科学发展需要，并具有创新精神和实践能力的高分子材料与工程专门人才。结合师范院校的特点，在课程设置上，尤其注重培养学生学习的主动性和积极性，以及讲授知识的能力。事实上，当前社会不仅对人才的專业技能要求较高，对人才沟通表达能力的要求也不断提升，发挥师范院校的优势，培养学生在具备教学能力的同时引导学生将该能力用于专业技术交流上，使培养出的学生更具有现代竞争力。

由于当前高分子材料领域发展非常迅速，高分子材料与电子、信息、生命、医学、能源等多个学科存在深入而广泛的交叉融合，因而高分子材料的知识结构也在随着其他学科的发展而迅速变化。为了适应高分子材料知识更新快的特点，不仅需要在课堂教学中介绍完整的知识体系，而且要将相关领域的前沿进展引入教学中，了解高分子材料领域的新发展方向和热点，培养学生具备探索和应用研究的能力。例如，课堂首先需要对高分子材料基本知识及概念进行讲授，对传统高分子材料如通用塑料、工程塑料、橡胶、纤维、涂料等进行系统授课，使学生系统掌握各种常见的高分子材料合成、制备、特性及应用场合，建立较为完善的知识体系。在此基础之上，对目前高分子材料科学前沿热点领域进行授课，引导学生关注科技最前沿热点，培养科研兴趣。例如，近年来日新月异的柔性电子产品的出现开辟了未来电子领域的新前景，在信息、能源、医疗及国防等领域显现出了巨大的应用潜力，如柔性电子显示器、有机发光二极管、薄膜太阳能电池板、柔性传感器等。其中，传感器作为柔性电子器件的核心部件，在运动监测、人机交互、疾病诊断、健康监测等方面发挥着重要作用，成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。因此，在教学中增加了高分子传感材料专题，重点介绍高分子柔性传感器的结构设计和传感机制，以及在电子皮肤、生物医疗、人机交互和健康监测等方面的应用进展，并与科研团队合作，在课堂中向学生展示各种高分子材料传感器件实物，并对其传感应用进行演示，极大激发了学生学习兴趣，获得较为理想的学习效果;在“纳米自组装材料”一章，作为一种新型的功能高分子材料，高分子自组装材料由于其特殊的内部结构在药物装载和可控释放等方面具有重要的应用价值。因此，在教学中归纳了聚合物组装材料的概念、设计原理、表征技术以及相应的研究进展，向学生介绍各种纳米组装规整有序结构及聚合物自组装材料在药物运输和靶向治疗体系的医用发展前景，从而开阔学生思维，提高学生的科研热情。医用高分子材料与我们生活息息相关，医用材料由于在人体内使用，对其生物安全性、生物相容性及功能性都有全面系统的要求，通过向学生系统地介绍各类体内、体外医用材料制备、加工成型过程及应用领域，使学生对医用材料这一快速增长的新兴领域有了较为全面的了解。此外，以抗疫中的高分子材料为主题，向学生介绍抗击新冠疫情中高分子材料所起到的重要作用，如医用口罩中的聚丙烯熔喷布的生产制备过程及其工作原理。另外，针对抗疫中最重要的医疗设备体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）中的核心材料，高分子膜肺材料成分、制备、工作原理及目前国产化的瓶颈问题，不仅使学生获得相关专业知识，同时培养学生服务社会的意识以及高度的社会责任感。

二、教学模式的实施

长期以来，我国高校课堂教学的基本模式可以说是“单向灌输式”占主导地位，课堂上只有教师对知识的单向传递，没有学生接受、理解、运用知识的信息反馈，禁锢了学生的创新思维和探索能力。因此，本课程教学中需要改进教学方式，引发学生思考，调动学生的积极性，让学生成为主体，逐步培养学生探究式的学习习惯。

本课程主要通过课堂讲授为主，辅以问题提问，结合网络视频资料和多媒体图片动画演示方法等进行教学，吸引学生注意力，启发学生科研思维，从而提高课堂教学效果。此外，每章结束，布置相关主题课外调研作业，学生需要自主查阅国内外资料，形成调研书面报告，拓宽其知识面。最后，本课程还创新性地引入学生自主专题讲座模式，为学生选定高分子前沿领域相关材料，学生查阅文献组织专题讲座，使学生学习模式从传统的被动、“灌输”型转为主动、自主型学习，学生学习积极性空前高涨。

1.教学中充分利用互联网，充实课程内容。互联网在高校教学中有利于提高学习者自主学习能力和加强师生间互动交流，推动教育发展的多元化。因此，在教学中采用线上线下混合式教学，每一章节结束，推荐学生学习相关的网络教学资源，充实课程内容，丰富学生的知识体系，体现互联网+优势;提前预习，课堂提问，以问题为驱动，启发学生思考，主动参与课程讨论，同时针对课堂回答的不足，教师给予及时讲解和补充，这体现了课堂教学充分关注学生的发展，突出学生主体地位，尊重学生的思维发展，不仅让学生全面透彻地掌握课程知识，同时提高了学生学习的积极性和创造性;根据每一章节的专题内容，关联最新的科研成果，组织学生分组进行文献调研，并以课程汇报和教师点评的方式展示这类高分子材料的前沿领域和未来发展趋势，让学生既能认识到这类高分子材料的重要性，提高学习积极性，又能让学生了解到最新的研究成果，提高科学研究的兴趣;课后作业是对课堂知识的巩固，培养学生思考的能力。基于课程讲授章节，布置习题，帮助学生课后巩固，同时教师根据反馈的教学结果，即时调整教学方式。

2.教学中创新性地开创了学生自主讲座环节。教师有针对性地选择特定主题，对学生进行分组，准备相应自主讲座课件。本课堂所选择主题既包括高分子材料一些最前沿热点领域，如有机太阳能电池，液晶高分子材料、生物医用高分子、可降解高分子材料、形状记忆高分子材料，同时也包括传统高分子材料，如通用塑料、工程塑料、特种塑料，天然橡胶及人工合成橡胶、聚合物薄膜、聚合物纤维材料、高分子涂料等，使学生既能了解高分子科学前沿发展情况，又能系统掌握高分子材料基本知识。学生课外积极查阅国内外文献资料，或者请教从事相应课题研究的教师及研究生同学，准备讲座课件。在课堂上拿出部分时间，安排小组学生讲解专题课件，同时对其内容开展课堂讨论，进一步加深及拓展所选定主题的相关知识。这种新的教学模式使得学生学习状态从传统的被动、灌输型转为主动型学习，学生学习积极性空前高涨，取得了非常好的教学效果。

3.注重实践教学。当今社会对高分子学科人才的要求越来越高，企业更关注学生的创新能力和实践能力，因此在教学中，引入实践教学，注重对学生独立研究和开发能力的培养。我校的高分子材料与工程专业依托有机硅化学及材料技术教育部重点实验室和高分子材料市级重点实验室以及专业教师团队长期从事的科学研究工作，确定了以“有机硅高分子材料”和“绿色高分子复合材料成型加工”为两大特色方向，充分发挥地方性院校积极服务地方经济的主动性。高分子材料与工程专业是杭州师范大学2006年开办的应用型人才培养专业，2012年开始调整为第一批招生。该专业培养方向结合浙江省高分子新材料产业现状和发展需求，通过校企合作、教研协同、师生互动的人才培养模式，培养具有创新创业能力的高分子材料专业人才。近年來，专业影响力稳步提升，先后被评为校特色专业（2012），杭州市“产学对接”特需专业（2014），浙江省特色专业（2017），2019年获批国家首批一流本科专业建设点，在全国师范院校同类专业排名第三位。与省内外和国内同类高校的相关专业比较，本专业具有学科支撑强（浙江省一流A类学科，连续5年ESI排名均进入全球1%）、产学对接密、师资力量好、硬件设施优等优势。专业开办以来，生源质量稳步提升，招生人数逐年增加，招生范围跨越浙江、河南、云南等多个省份。高分子材料与工程专业尤其关注对学生创新与实践能力的培养，拥有良好的师资条件和完善的硬件设施，本科教学专用实验室2000m2，2012年—2018年，投资近3000万元，进一步完善了科研教学大型仪器平台，可以开展高分子材料相关的各类专业实验课程。该专业同时配备了工厂级的实习专用设备，拥有大型双螺杆挤出机、注塑机、高分子拉膜、吹膜机器设备、木塑加工生产线、金工实习设备等教学专用设备，加强对学生实践创新能力和工程意识的培养。此外，本专业还在杭州高新橡塑、浙江万马高分子、浙江巨化新材院等8家行业龙头企业中设立校外实习基地，满足专业工程实践教学的需要。最后，在实践教学中，高分子材料与工程专业各研究团队向学生开放实验室，大力鼓励和支持学生以科研助理方式参与教师科研课题，吸引有兴趣的学生，提升学生的科学素养。近年来，以本科生为负责人申请并获得多项国家级大学生创新创业训练计划项目和校级本科生创新能力提升工程项目的支持，均取得较好成绩，为本科生就业和考研打下了坚实的基础。

三、考核形式的改革

“高分子材料进展”的课程目标是让学生了解高分子材料领域最新的发展方向和热点，掌握具有特殊结构和功能的高分子材料概念、设计及合成制备的理论基础和基本分析方法，构筑功能高分子结构—性能—应用关系，培养学生初步分析和解决功能高分子材料领域相关问题的能力。传统考核方式注重学生对知识的系统性和全面性掌握，往往采用闭卷考试的模式，然而本课程知识更新较快，闭卷考试的考核模式容易导致学生采用死记硬背的学习方式，很难培养学生的创新能力，降低学生学习的热情，无法达成本课程最终的课程目标，且对学生以后的择业就业选择无法起到任何实质性的帮助，因此，有必要对本课程的考核方式进行改革。本课程学生的总评成绩由平时成绩和期末成绩两部分组成，平时成绩占总评的40%，包括上课出勤、课堂作业和回答问题，对于评价学生的知识掌握与运用能力具有重要参考价值，不仅是考试的重要补充部分，还可以提高学生参与课堂教学的积极性。期末成绩占总评的60%，采用课程主题汇报和课程小论文的方式。通过制定与课程相关的主题，推荐学生阅读最新的科研成果，学生通过课程主题汇报的形式展示，并撰写与汇报内容相关、格式规范的研究进展小论文，这不仅激发了学生的学习兴趣，促使学生灵活运用掌握的知识，学会分析问题和解决问题，同时，培养了学生主动学习和查阅文献、整理资料的能力，对学生的言语表达能力也是一种促进。另外本课程的授课对象是大三下学期的学生，有些学生已经提前开始准备毕业课题，这种考核模式有利于指导学生毕业论文的开展，锻炼了学生的科研创新能力。在课程改革实施过程中，学生对高分子学科的前沿发展领域表现出浓厚的兴趣，积极进入教师课题组从事相关科研课题，提高了运用理论知识分析、解决实际研究问题的能力。